“物质与能量观”学习进阶探索研究 ——以理解“树木生长”过程为例

发布时间：2022-01-24 16:29

　　新一轮课程改革中强调生物学科核心素养的培养,其中生命观念是最具生物学科特色的核心素养。“物质与能量观”是重要的生命观念之一,能帮助学生从“物质”和“能量”视角理解生命,因此做好“物质与能量观”的教学,对切实培养生物学科核心素养、实现学科价值至关重要。虽然国外对“物质”和“能量”跨学科概念的相关研究展开了多年系统研究,但是我国对“物质与能量观”的相关研究还不成熟、研究体系仍不完善。因此,本论文将重点探索我国生物学科“物质与能量观”在基础教育阶段的可能建构过程,为培育该观念提供参考。本研究首先利用文献研究法,从国内外“物质”和“能量”相关研究中获得生物学研究的借鉴启示,理清生物学科“物质与能量观”的概念并阐述该观念的基础理论和培育理论,由此建立了由观念的知识性、迁移性和价值取向组成的观念研究体系。以其中“知识性”和“迁移性”观念主体作为进阶变量,并以生态系统碳变化过程作为进阶维度,研究“物质与能量观”的学习进阶过程。因此以理解“树木生长”过程的进阶维度为例:1)通过文本分析方法,建构了学生在基础教育阶段理解“树木生长”过程维度的知识性进阶;2)采用访谈调查的方法,建构了学生在基础教育阶段理... 

【文章来源】：闽南师范大学福建省

【文章页数】：110 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

生物学科“物质与能量观”的内容范围

第三章“物质与能量观”研究体系的探索25中这些有机碳发生变化的同时能量也在变化。因而追踪有机碳的变化过程可同时满足对物质和能量的追踪，尤其碳水化合物的合成和分解是生态系统中最重要的能量转换过程，所得能量驱动各种生命活动顺利进行。为此，本研究选择碳元素作为焦点物质，追踪有机碳的主要变化——产生、转化和氧化。将生物学科“物质与能量观”的相关内容整合至生态系统的碳循环路径当中，整理得到如图2所示的生态系统碳循环视角下的“物质与能量观”内容框架：“有机碳产生”指无机物合成为有机物的过程，主要通过绿色植物的光合作用实现；“有机碳转化”统指有机物之间的转化过程，除动物的消化功能，生物普遍通过生物合成来构造身体和维持活动；“有机碳氧化”指有机物分解为无机物的过程，通过呼吸作用完成。如图所示，生态系统内的碳元素循环由有机碳的三种变化构成，而能量在该系统内的输入、转换和输出同步呈现，因此“物质与能量观”的重要内容能较好地体现在生态系统碳循环过程当中。图2生物学科“物质与能量观”的内容框架三、“物质与能量观”内容的组织结构由于物质和能量的变化在各生命结构层次上的表现模式不同，生物学科“物质与能量观”的内容范围（图1）是通过个体层次的生物捕食等行为以及生长、竞争等现象，架起了细胞层次和生态系统层次两大内容的联结桥梁。因此，“物质与能量观”内容可按研究自然科学的三个主要层次分开：1）可直接观察即能

闽南师范大学教育硕士专业学位论文30变化过程的必然产物缺乏认识，学生往往不能单独追踪物质，也无法通过守恒和衰退原理来追踪能量，这进一步阻碍了他们通过联结跨层次的碳变化过程实现追踪物质和能量。总之，“物质-能量转化推理”显示了从“力-动态推理”到科学推理的初步转变，用原子、分子和能量形式的变化解释了宏观过程，但未能将物质守恒、能量守恒以及能量耗散作为分析工具。当学生对物质和能量的以上误解得到纠正，学生可达到真正的对碳变化过程的科学因果推理（以下简称“物质转化与能量转换推理”）。学生能够理解物质和能量的原则，将物质与能量作为两个实体分别进行守恒，并能协调能量守恒与能量耗散两个看似矛盾的原则之间的关系，以物质转化和能量转换作为分析、推理碳变化过程的工具，就实现了对物质和能量的追踪。综上所述，学生因果推理机制的发展趋势如图3所示：图3“物质与能量观”因果推理机制的发展趋势第三节“物质与能量观”的价值取向一、理解生命个体的运作——微观层次从原子-分子的微观层次看，“物质与能量观”的最基本价值是帮助学生理解生命的本质：物质和能量是生物能够诞生、存活和延续的根本基础，生物体内时刻需要与外界环境进行物质和能量的交换；在遗传信息的支配下，生物体内发生着物质和能量的有序变化，可以说生命活动的实质即物质和能量的代谢变化过程，其结果支持生命现象的发生。通过理解光合作用、呼吸作用等生命活动的物

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本文编号：3606913